苏州奥体中心体育场(图1)建筑面积81 000m²，设45 000个看台座位，结构为地上5层混凝土结构+钢结构屋面体系。体育场大平台以上为单跨框架，因此采用了混凝土框架+防屈曲约束支撑结构。体育场无地下室，仅有局部地下通道与车库相连。钢结构屋面除在混凝土结构三层设置铰接柱和高看台侧面设置连杆外，自成平衡体系^[1]，如图2所示。

　　 混凝土看台高度为31.8m，钢结构屋面高度为52.0m。嵌固端设置在桩基承台顶面，桩基承台顶面标高-2.5m。工程桩采用四种规格:600抗拔桩，桩长37.0m，用于局部地下室，持力层位于(7)₂粉砂夹粉土层，抗拔承载力特征值1 000kN;600抗压桩A，桩长39.0m，用于三层大平台下，持力层也位于(7)₂粉砂夹粉土层，抗压承载力特征值1 800kN;600抗压桩B，桩长20.0m，用于一层地坪下，以减小沉降，持力层位于(5)₁粉质黏土层，抗压承载力特征值780kN;800抗压桩，桩长53.0m，桩端后注浆，用于看台下，持力层位于(10)粉砂夹粉土层，抗压承载力特征值4 600kN。

　　 常规滑动楼梯采用文献[2]做法，混凝土现浇在聚四氟乙烯板上，混凝土与聚四氟乙烯板之间的摩擦系数比钢板与聚四氟乙烯板之间的摩擦系数大。因此，为了减小滑动摩擦系数，在上、下混凝土板之间设置了成品滑动钢支座，梯段纵筋与钢支座焊接，地震作用下支座的滑动性能更有保证，如图3所示。

　　 体育场混凝土结构为超长无缝结构，结构环向贯通，按建筑连续飘带造型要求不设置永久缝，温度变化和混凝土收缩会对混凝土结构产生较大的应力。看台内环尺寸为521m、外环尺寸为695m，结构最大外边线尺寸达800m，如图4所示，远超过了框架结构不设置温度缝的55m长度要求。

　　 对体育场进行温度应力分析存在以下有利因素:三层大平台外边线尺寸虽然最大，但其高度较高，距离基础13.8m，基础对其约束作用小;体育场为环形结构，温度应力小于等长度矩形结构，以图5为例，矩形结构长度等于环形结构中轴线周长，但环形结构降温温度应力仅为矩形结构的38%。

　　 为保证结构正常使用，对温度和混凝土收缩应力进行了精细化分析。综合考虑了混凝土收缩、温度变化、徐变应力松弛、混凝土刚度折减、桩基约束刚度和后浇带封闭时间对混凝土应力的影响。

　　 混凝土前期收缩应变发展较快，90d龄期混凝土的收缩应变相当于60%的极限收缩应变^[2]。

　　 设计要求体育场后浇带浇筑时间不早于两侧混凝土构件浇筑后90d，并应尽量延长此时间段。将后浇带闭合前各个分段结构中的收缩量等代为部分后期的收缩量，经计算模拟，将后浇带闭合前各个分段结构中的收缩量等代为10%的最终收缩量。其概念是后浇带闭合后10%的最终收缩量在整体结构中产生的最大拉应力等于后浇带闭合前60%的最终收缩量在各区段内产生的最大拉应力。通过以上分析，最终的有效收缩量可取ε_s^e=(0.1+0.4)×ε_y(∞)=1.35×10^-4。

　　 混凝土的收缩当量温差T_s计算公式^[3]为:

　　 式中α为混凝土的线膨胀系数，α=1×10^-5。

　　 根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)附录E，苏州地区50年重现期的月平均最高气温T_max和月平均最低气温T_min分别为36℃和-5℃。

　　 设计要求后浇带浇筑的时机为日平均气温不高于20℃。

　　 由于混凝土的热惰性，在夏季和冬季，即使室内空调关闭，室内气温也不会达到室外的最高或最低气温。按照暖通专业建议，偏于保守考虑，对于混凝土结构，取夏季室内温度为30℃，冬季室内温度10℃。

　　 计算正温差时，考虑大平台和斜看台混凝土结构表面的日照升温。对于混凝土结构取夏季日照时段内太阳辐射照度平均值对应的升温，对于钢结构取夏季正午12时的太阳辐射照度对应的升温。日照升温T_r的计算公式^[4]为:

　　 式中:ρ为太阳辐射热的吸收系数，对于混凝土取0.7;α为PTFE膜材的透光率，取0.13,3层混凝土大平台上部无膜结构，不考虑此系数;J为太阳辐射照度，根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736—2012)附录C，苏州地区大气透明度等级为5级，混凝土结构斜看台和大平台取夏季日照时段内太阳辐射照度平均值325W/m²，钢结构顶面取夏季正午12时的太阳辐射照度962W/m²;α_w为围护结构外表面的换热系数，根据文献[5]，取为18.6W/(m²·℃)。

　　 根据前述，日照升温T_r对于混凝土屋面、混凝土斜看台和顶面钢结构分别取为12,2,2℃。体育场结构温度分区示意如图2所示。体育场结构温度工况下设计温差如表1所示。

　　 混凝土由于温差和收缩造成的内力源于其变形受到约束。对于因变形受到约束产生的应力，应考虑混凝土徐变应力松弛的特性，徐变应力松弛系数取为0.3^[4]。为简化计算，将按表1计温差计算得到的混凝土结构的内力乘以徐变松弛系数0.3作为实际温差内力标准值。

　　 在混凝土收缩和温度作用下，必须考虑钢筋混凝土构件截面开裂的影响，将混凝土截面弹性刚度乘以0.85予以折减^[4]。

　　 作为非荷载效应的结构的收缩和温度变化，不同于重力、风荷载和地震作用，如果结构没有外界约束，在温差、收缩作用下结构自由变形，不会在结构中产生内力。对于体育场结构，这个外界约束就是桩基对结构底部的约束。竖向构件底部为嵌固端的计算假定就是将地基或桩基的约束刚度设定为无限大。实际上，地基或桩基对竖向构件的约束是有限的，地基或桩基和竖向构件协调变形后的结构内力和变形才是最终实际的温差、收缩效应^[3]。

　　 体育场混凝土收缩和温度应力计算时，在保持桩顶竖向为不动铰的前提下，引入桩基的水平抗侧刚度和转动刚度，用有限刚度的弹簧代替无限刚度的固定端，根据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)^[6]附录C，计算体育场柱底桩基的平动刚度和转动刚度。

　　 表2列出了超长混凝土结构拉应力计算结果，可见升温工况不起控制作用。体育场三层大平台在降温工况下的拉应力云图如图6所示。在三层大平台阴角处等局部位置有应力集中现象，此处的拉应力明显高于该层楼板拉应力平均值，达到5.32MPa。考虑应力集中的影响，可在一定范围内将局部拉应力值予以平均，作为楼板配筋的依据。

　　 在上述分析计算基础上，配合严格的施工要求，包括延长后浇带封闭时间、低温封闭后浇带、掺入抗裂纤维等。

　　 体育场混凝土结构闭合后的两年内持续观察裂缝和渗水，结构在温度作用和混凝土收缩下表现良好，未出现明显裂缝和渗水情况，达到了设计预期的效果。通过精细化分析、设计和施工措施，实现了800m超长混凝土结构不设缝、不设预应力筋。

　　 体育场下部混凝土看台有三圈框架柱采用了型钢混凝土柱，型钢混凝土柱的混凝土强度等级均为C40，型钢强度等级均为Q345B。包括:低看台前端短柱，其刚度大，地震工况下承担剪力大，柱截面尺寸1 000×1 000，型钢截面为十字形，截面尺寸为500×250×36×36;高看台前端柱，高看台为单榀框架，顶部为大悬挑结构，径向预应力梁的最大悬挑尺寸达10.2m，前端柱在大震工况下承受拉力，柱截面尺寸1 100×1 100，型钢截面为十字形，截面尺寸600×300×36×36;支承上部钢结构V形柱的框架柱，柱截面尺寸1 200×1 200，型钢截面为十字形，截面尺寸700×350×36×36。型钢混凝土柱位置如图2所示。体育场型钢混凝土柱与斜梁、预应力梁、BRB支撑、钢结构柱脚相连，节点构造复杂。设计时对其进行了深入研究，并要求土建施工采用三维放样，细化到每一根纵筋，出深化节点详图，经设计审核后方可下料施工，以确保现场施工顺利。

　　 本工程看台典型框架斜梁(截面从600×900～700×1 300不等)与型钢混凝土柱连接方式如图7所示。

　　 斜梁部分纵筋与型钢混凝土柱翼缘板采用连接板连接，连接板的宽度同型钢柱翼缘宽度，长度=5d+牛腿板角焊缝高度+施工余量，其中d为钢筋直径，连接板与钢柱焊接采用全熔透焊。在连接板位置，柱内设置水平加劲板，以传递钢筋水平力。

　　 斜梁部分纵筋穿过型钢混凝土柱腹板，腹板孔径比钢筋直径大8mm。斜梁纵筋穿透型钢腹板时考虑斜度，开椭圆孔，椭圆孔长轴长度为纵筋直径两倍。顶层斜梁后张拉预应力钢筋绕过型钢，如图8所示。

　　 型钢混凝土柱侧面设置十字加劲肋，与防屈曲约束支撑等强全熔透焊接。混凝土梁设置上、下端板，端板间设置全长加劲板相连，加劲板间隔50mm设置50mm缝，方便梁箍筋通过，下端板与防屈曲约束支撑等强全熔透焊接连接，如图9所示。

　　 屋顶钢结构柱脚与型钢混凝土柱相连，钢柱脚采用向心关节轴承，对安装精度要求很高，因此采用了可以主动调整误差的安装方式。型钢混凝土柱在顶部分成两段，上段为棱台形，上段、下段之间采用钢板相连，如图10所示。施工时，第一步，将型钢混凝土柱下段与混凝土梁下部钢筋连接好，浇筑阴影范围之外的梁柱混凝土;第二步，测量连接钢板标高，加工型钢混凝土柱上段，将钢柱脚与型钢柱上段焊接成整体节点，将整体节点与连接钢板焊接，浇筑阴影范围之内的梁柱混凝土。

　　 (1)传统体育场设计中多采用设温度缝解决超长混凝土结构收缩和温度应力问题，苏州奥体中心体育场看台设计中，对超长混凝土结构进行应力分析时考虑多种因素影响，包括混凝土收缩、温度变化、徐变应力松弛、混凝土刚度折减、桩基约束刚度影响、后浇带封闭时间，并配合严格的施工要求，实现了800m超长混凝土结构不设温度缝、不设预应力筋。

　　 (2)看台混凝土结构有三圈框架柱采用了型钢混凝土柱，型钢混凝土柱与看台斜梁节点、与防屈曲约束支撑节点、与后张拉预应力梁节点、与钢柱脚节点等构造复杂，设计中需考虑“强节点弱构件”原则，在保证梁柱钢筋有效传力前提下，降低施工操作难度。